中國(guó)科學(xué)技術(shù)館之古老的天文儀器

圭表是中國(guó)古老而簡(jiǎn)單的一種天文儀器，它包括兩個(gè)組成部分：一為正南正北平放的尺，叫做圭；一為垂直立于圭南端的標(biāo)桿或石柱，漢以后改為銅制，叫做表。根據(jù)正午表影投射在圭面上的影長(zhǎng)，可以推定冬至日、夏至日與二十四節(jié)氣；從表影長(zhǎng)短的周期性變化，可以確定一年的天數(shù)。表影正北的瞬間（即一天中表影最短的時(shí)刻），就是當(dāng)?shù)氐恼鐣r(shí)間，古代用來(lái)校正漏壺等計(jì)時(shí)工具。

中國(guó)科技館“華夏之光”展廳就有一件清代圭表的縮小復(fù)制展品。與較為常見(jiàn)的圭表不同，除了南端的表，在圭的北端還有一個(gè)比較低的小表，這是為什么呢？

原來(lái)，古代的表高一般為8尺，圭長(zhǎng)一般為1丈3尺。而清朝的清欽天監(jiān)制作圭表時(shí)在表頂上加了一截，使表高達(dá)到了10尺。如此一來(lái)，表影在冬季會(huì)落到圭外無(wú)法測(cè)量了。為此，清人在圭的另一端立了一個(gè)小表，相當(dāng)于圭的延伸，叫立圭，冬季影長(zhǎng)時(shí)表影會(huì)落在立圭上。這樣，通過(guò)測(cè)量這段影的高度就可以推算出10尺表的表影長(zhǎng)度了。

到中國(guó)科技館看過(guò)這件圭表展品的小朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)：圭表的頂端開(kāi)有一個(gè)小孔。那這個(gè)小孔又是做什么用的呢？

日常生活中，如果仔細(xì)觀察物體的影子，就會(huì)發(fā)現(xiàn)物體越高，影子的邊緣就會(huì)變得越模糊，精確測(cè)量影子的長(zhǎng)度就會(huì)越困難。而影長(zhǎng)如果測(cè)不準(zhǔn)，就影響到了圭表的使用。為解決這一問(wèn)題，清朝人借鑒元代天文學(xué)家郭守敬發(fā)明的景符原理，在表上端設(shè)置銅葉，中間開(kāi)個(gè)圓孔，利用小孔成像原理將正午太陽(yáng)的像投射到圭面，從而獲得日影清晰的邊緣，提高圭表測(cè)量精度。